(57)【要約】【課題】排気騒音および駆動動力を削減した真空ポンプを提供する。【解決手段】吸気用および排気用の弁を有するシリンダ、該シリンダ内において往復運動するように構成されたピストン、該ピストンを往復運動させるコンロッド、及びモータの回転運動を上下運動に変換するクランク、該シリンダ下部からクランク部分を覆うハウジングを備えた真空ポンプであり、該ハウジングに、排気を導入するハウジング吸気口と、該ハウジングから排気を放出する為のハウジング排気口と、排気をハウジング吸気口の導く導管を備えると共に、該ハウジング排気口の下流に絞り弁を備える真空ポンプ。【選択図】図３
2007291940.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気用および排気用の弁を有するシリンダ、該シリンダ内において往復運動するように構成されたピストン、該ピストンを往復運動させるコンロッド、及びモータの回転運動を上下運動に変換するクランク、該シリンダ下部からクランク部分を覆うハウジングを備えた真空ポンプであり、該ハウジングに、排気を導入するハウジング吸気口と、該ハウジングから排気を放出する為のハウジング排気口と、排気をハウジング吸気口の導く導管を備えると共に、該ハウジング排気口の下流に風量を制御することが可能な絞り弁を備える真空ポンプ。
【請求項２】
該クランクの回転数を検知する検知手段を備え、検知結果に基づいて該絞り弁の開閉を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項３】
該シリンダへ吸入される吸気の流量を測定する流量計を備え、該流量計の流量値に基づいて該絞り弁の開閉を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項４】
該シリンダへ吸入される吸気の流量、該ハウジングからの排気風量を測定する流量計を備え、両流量計の流量値に基づいて該絞り弁の開閉を制御する制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の真空ポンプ。
【請求項５】
シリンダ内のピストンを往復運動させることにより吸排気を行う真空ポンプにおいて、該シリンダからの排気をシリンダ下部及びピストンの駆動部を収納するハウジング内に導入するステップ、該ハウジングから該排気を外部に放出するステップ、該排気の放出量を該シリンダへの吸気量と同一となるように放出量を制御するステップを備えた真空ポンプの運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空ポンプに関する。更に詳細には、揺動ピストン型ドライ真空ポンプに関し、動力削減及び消音効果を高めたポンプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
揺動型のピストン型真空ポンプ101は、図１に示すようにシリンダ102とピストン103、コンロッド104を備え、モータ106の回転運動をクランク105を介して上下運動に変換し、シリンダ上部のヘッドプレート107の吸気弁108、排気弁109を介して流体を圧縮、あるいは減圧するポンプである。ピストン103の上部には樹脂製のピストンカップ110を備え、シリンダ102とのシールを行っている。シリンダ上部にはヘッドカバー111を備え、吸気ポート112および排気ポート113を形成している。かかる真空ポンプの排気をそのまま大気中の放出した際には排気騒音が発生するため、これを低減するために排気導管に各種の消音器114を装備することで静音化を図っている。
【０００３】
また静音化するための別の方法として、図２に示すように、排気ポート213から放出された真空排気を導管215を経由してハウジング吸気口217から一旦ハウジング216に取り込み、排気脈動による圧力変動を緩和させた後にハウジング排気口218から外部に放出する方法も知られている。
【０００４】
ハウジング216はシリンダ下部のコンロッド204、クランク205を含むピストン203の駆動部分を覆う収納室であり、シリンダ部分への灰塵の侵入、油や磨耗粉など機器からの灰塵の外部への放出を防いでいる。ハウジング216は機器駆動部を密閉することで駆動音の伝播を防ぎ、静音化を行っている。
【特許文献１】特開２００３−３２８９３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
揺動型のピストン型真空ポンプは、ピストンの上下運動によりシリンダ内の空気を吸引、排気することによりポンプ機能を発揮しているが、ピストン下部を含むハウジング部分が密閉されている場合にはピストンの上下運動によりハウジング内で圧力変動が生じる。排気を大気中に直接放出する場合は、ピストン下降に伴うハウジング内の上昇圧力をピストンの押し上げに再利用することができるため、ピストン駆動動力の削減につながる。しかし、騒音低減のためには別途サイレンサなどの静音化手段を設ける必要性が生じる。
【０００６】
ハウジング内に排気を導入して脈動緩和に因る騒音低減を行った場合には、真空ポンプ自身は常に駆動している為、ピストンの揺動に伴う圧力変動に加え、吸気量、即ちハウジング内に導入される排気量の変動に伴ってハウジング内圧も常に変動する。
【０００７】
真空ポンプの排気時には、シリンダ内のピストンが押し上げられ、シリンダからの排気がハウジングに戻されるため、ハウジング内の圧力変動はないが、吸気時にはシリンダ内のピストンが押し下げられ、その体積分だけシリンダ内に吸気されると共に、ハウジング内圧が上昇する。ハウジング排気口からは圧力上昇分だけ排気されるがピストン駆動の方が早い為、内圧の上昇を招き、結果として動力上昇に繋がる。ハウジングの排気口を大きくすればこの問題は解消するが、排気音の低減効果が得られないだけでなく、ハウジングの内部に収められているクランク等からの騒音が外部に洩れることになり、目的とする騒音低下効果が減少する。
【０００８】
真空度が高くなると、ピストン駆動体積に比べ吸排気量が小さくなる。結果、排気時には、ハウジングへ入ってくる排気風量よりもピストンが押し上げられることによる体積の方が大きくなり、ハウジング排気口からハウジング内に空気の逆流現象が生じる。このようなハウジング排気口での吸排気は新たな騒音の発生源になるだけでなく、圧力損失に伴うポンプ動力の上昇を招く問題が生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、上記課題を解決する手段として、以下の真空ポンプを見出した。
すなわち本発明は、吸気用および排気用の弁を有するシリンダ、該シリンダ内において往復運動するように構成されたピストン、該ピストンを往復運動させるコンロッド、及びモータの回転運動を上下運動に変換するクランク、該シリンダ下部からクランク部分を覆うハウジングを備えた真空ポンプであり、該ハウジングに、排気を導入するハウジング吸気口と、該ハウジングから排気を放出する為のハウジング排気口と、排気をハウジング吸気口の導く導管を備えると共に、該ハウジング排気口の下流に絞り弁を備える真空ポンプを提供するものである。
【００１０】
また本発明は、かかる絞り弁が、該真空ポンプの吸気量と該ハウジングからの排気量を同一に制御する弁であることを特徴とし、特に、該クランクの回転数を検知する検知手段を備え、検知結果に基づいて該絞り弁の開閉を制御する制御手段を備えることを特徴とする真空ポンプ、該シリンダへ吸入される吸気の流量を測定する流量計を備え、該流量計の流量値に基づいて該絞り弁の開閉を制御する制御手段を備えることを特徴とする真空ポンプを提供するものである。
【００１１】
また本発明は、シリンダ内のピストンを往復運動させることにより吸排気を行う真空ポンプにおいて、該シリンダからの排気をシリンダ下部及びピストンの駆動部を収納するハウジング内に導入するステップ、該ハウジングから該排気を外部に放出するステップ、該排気の放出量を該シリンダへの吸気量と同一となるように放出量を制御するステップを備えた真空ポンプの運転制御方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の真空ポンプは、ハウジングの排気口に絞り弁を配置し、真空ポンプの吸気風量とハウジングからの排気風量が等しくなるようにすることによって、ハウジング排気口からは真空ポンプの排気のみが放出さ外気がハウジング内に流入することが無くなることになり、真空ポンプの排気時のハウジング内の圧力損失がなくなるために、結果としてポンプ動力が削減されることになる。また、真空ポンプの排気圧がピストンを押し上げる力となるため、ハウジングを密閉した場合と同じレベルの動力になると同時に、排気音の低減も実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の真空ポンプの実施態様例を、図面を用いて説明する。
図３は、アルミ製のシリンダ302およびシリンダ内部を揺動するピストン303を備えたレシプロ型真空エアポンプ301の概略断面図であり、モータ306の回転運動をクランク305で往復運動に変換し、コンロッド304でピストン303の往復運動を行う。シリンダ302の上部のヘッドプレート307に設けた吸気弁308、排気弁309を介して流体を減圧する。ピストン303の上部にはポリテトラフルオロエチレン樹脂製のピストンカップ310を備え、シリンダ302とのシールを行っている。シリンダ上部にはヘッドカバー311を備え、吸気ポート312および排気ポート313を形成している。排気ポート313から排気される真空排気は、導管315を経由してハウジング吸気口317から一旦ハウジング316に取り込み、排気脈動による圧力変動を緩和させた後にハウジング排気口318から外部に放出される。尚、ハウジング316はシリンダ下部のコンロッド304、クランク305を含むピストン303の駆動部分を覆う収納室であり、シリンダ部分への灰塵の侵入、油や磨耗粉などの機器からの灰塵の外部への放出を防いでいる。
【００１４】
ハウジング排気ポート318の下流には絞り弁322を備える。絞り弁322の開閉は、真空ポンプへの吸入量を流量計321で計測し、その検知結果に基づいて、制御器320により吸入ポート312からの吸入量とハウジング排気ポート318からの排気量が同じになるように制御する。所定回転数でモータ306を駆動した場合の絞り弁322の開閉と排気量の関係を記憶しておき、流量計321の検出値に基づいて絞り弁322の開閉を自動制御する。流量計321の代わりに、圧力計を採用し、予め記憶した圧力値と流量値との関係から絞り弁322の開放を制御することも可能である。
【００１５】
図４は、真空ポンプの構成は図３の装置と同様の構成とし、ハウジング排気口318の下流に更に流量計423を備え、吸気ポート412への吸気量とハウジング排気口318からの排気量とが同一になるように流量計421と流量計423の検出値を制御器420に取り込み、両者が同一になるように絞り弁422の開閉を自動制御する。真空圧力値及びモータ406の回転数が共に可変の場合に適用することができる。
【００１６】
真空ポンプを、真空圧力を一定圧力に調節する為に回転数を可変とするように使用する場合、図５に示すように、モータ506の回転数に吸気量の関係を予め計測、記憶しておき、制御器520により吸気量と排気量が同じようになるように、モータ回転数に応じて絞り弁522の開閉を自動制御する。
【００１７】
真空ポンプを、一定回転数、一定真空圧力で使用する場合には、図６に示すように、真空ポンプの吸気量を予め測定しておき、排気量が吸気量と同じになるような固定絞り弁622をハウジング排気口618の下流に取り付ける。
【００１８】
図７に、本発明の真空ポンプの実施態様例の電力削減効果を示す。図３に示す構成の真空ポンプを使用し、絞り弁322を手動で制御し、ハウジング排気口318での排気圧によって、消費電力が変化することを実験的に確認した。真空到達までの遷移領域で使用される真空ポンプを想定しているため、真空チャンバ324での圧力を-45kPa（420Torr）になるように、真空チャンバ流入バルブ325を調節した。ハウジング排気口318での風量測定は、ハウジング316から排出される気体と流入する気体の合計であり、この風量と吸気ポート312での風量が等しくなった（２）のときに、消費電力は最小を示している。なお、風量は20℃、1atmを基準とする質量流量で表している。吸気ポート312での吸気風量よりハウジング排気口318での吸排気風量が多い（１）のときは、ハウジング排気口318での圧力損失の影響のため、消費電力は上昇に転じる。また、吸気ポート312での吸気風量よりハウジング排気口318での吸排気風量が少ない（３）のときは、ピストン303を押し上げるために必要な動力が大きくなるため、消費電力が高くなる。つまり、吸気ポート312での吸気風量と、ハウジング排気口318での吸排気風量が等しくなるように絞り弁322を調節することにより、消費電力を低減できることを示している。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来の真空ポンプの実施態様例。
【図２】従来の真空ポンプの実施態様例。
【図３】本発明の真空ポンプの実施態様例。
【図４】本発明の真空ポンプの実施態様例。
【図５】本発明の真空ポンプの実施態様例。
【図６】本発明の真空ポンプの実施態様例。
【図７】本発明の真空ポンプの電力削減効果。
【符号の説明】
【００２０】
101,201,301,401,501,601.  真空ポンプ
102,202,302,402,502,602.  シリンダ
103,203,303,403,503,603.  ピストン
104,204,304,404,504,604.  コンロッド
105,205,305,405,505,605.  クランク
106,206,306,406,506,606.  モータ
107,207,307,407,507,607.  ヘッドプレート
108,208,308,408,508,608.  吸気弁
109,209,309,409,509,609.  排気弁
110,210,310,410,510,610.  ピストンカップ
111,211,311,411,511,611.  ヘッドカバー
112,212,312,412,512,612.  吸気ポート
113,213,313,413,513,613.  排気ポート
114.  消音器
215,315,415,515,615.  導管
116,216,316,416,516,616.  ハウジング
217,317,417,517,617.  ハウジング吸気口
218,318,418,518,618.  ハウジング排気口
320,420,520.  制御器
321,421.  流量計
322,422,522,622.  絞り弁
423.  流量計
124,224,324,424,524,624.  真空チャンバ
325.   真空チャンバ流入バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2007291940.tif 000006
【図５】
2007291940.tif 000007
【図６】
2007291940.tif 000008
【図７】
2007291940.tif 000009